Sistema de asistencia robótica de conducción autónoma para la colocación automatizada de filetas de bobinas

Debido al estándar de la industria 4.0, la digitalización, la automatización y la conexión en red de sistemas e instalaciones se están convirtiendo en los temas predominantes en la producción y, por lo tanto, también en la logística. La Industria 4.0 persigue la optimización cada vez mayor de los procesos y flujos de trabajo en favor de la productividad y la flexibilidad y, por tanto, el ahorro de tiempo y costes. Los sistemas robóticos se han convertido en el motor de la automatización de procesos. A través del Internet de las Cosas (IoT), los robots son cada vez más sensibles, autónomos, móviles y fáciles de operar. Cada vez más, se están convirtiendo en un ayudante cotidiano en fábricas y almacenes. Las técnicas de imagen inteligente están jugando un papel cada vez más importante en esto.

Para satisfacer las crecientes demandas en la escala y el cambio de los entornos de producción hacia una producción totalmente automatizada y en red inteligente, la empresa ONTEC Automation GmbH de Naila en Baviera ha desarrollado un sistema de asistencia robótica de conducción autónoma. El "Smart Robot Assistant" utiliza las sinergias de la movilidad y la automatización: consta de una plataforma de intralogística potente y eficiente, un brazo robótico flexible y un robusto sistema de cámara estéreo 3D de la serie Ensenso N de IDS Imaging Development Systems GmbH.

La solución es versátil y se hace cargo, por ejemplo, de tareas monótonas y pesadas de instalación y colocación. El sistema de transporte autónomo es adecuado para la elevación a nivel del suelo de europalets hasta contenedores o formato industrial, así como palets de malla de varios tamaños con una carga máxima de hasta 1,200 kilogramos. Para un cliente de la industria textil, el AGV (vehículo guiado automatizado) se utiliza para la carga automática de filetas de bobinas. Para ello, recoge paletas con bobinas de hilo, las transporta a la fileta designada y las carga para su posterior procesamiento. Utilizando un sistema de agarre especialmente desarrollado, se recogen hasta 1000 paquetes de hilo por turno de 8 horas y se empujan hacia un mandril de la fileta. El esquema de dimensionamiento y la posición de las bobinas son capturados por un Cámara Ensenso 3D (serie N45) instalado en el brazo de agarre.

Aplicación

Las paletas cargadas con bobinas de hilo industrial se recogen del piso de un lugar de almacenamiento predefinido y se transportan a la ubicación de la fileta. Allí, la pinza se posiciona verticalmente sobre el palé. Se envía un activador de imagen al Cámara Ensenso 3D de la serie N45, activado por el software interno ONTEC SPSComm.

Se conecta en red con el PLC del vehículo y, por lo tanto, puede leer y transmitir datos. En la aplicación, SPSComm controla la comunicación entre las partes del software del vehículo, la pinza y la cámara. De esta forma, la cámara sabe cuándo el vehículo y el capturador están en posición para tomar una fotografía. Esto toma una imagen y pasa una nube de puntos a una solución de software de ONTEC basada en el software HALCON estándar, que informa las coordenadas de las bobinas en la tarima al robot.

Luego, el robot puede recoger con precisión las bobinas y procesarlas más. Tan pronto como la pinza ha retirado una capa de las bobinas de hilo, la cámara Ensenso toma una fotografía del material de embalaje que se encuentra entre las bobinas de hilo y también proporciona nubes de puntos. Estas nubes de puntos se procesan de manera similar para proporcionar al robot la información con la que una pinza de agujas retira las capas intermedias. “Este enfoque significa que la cantidad de capas y los patrones de acabado de los palés no tienen que definirse de antemano e incluso los palés incompletos se pueden procesar sin ningún problema”, explica Tim Böckel, desarrollador de software de ONTEC. “La pinza no tiene que ser convertida para el uso de la pinza de aguja. Para esta aplicación, tiene un componente de agarre normal para las bobinas y un componente de agarre de aguja para las capas intermedias”.

Para esta tarea, el uso móvil para la adquisición 3D de objetos estáticos y en movimiento en el brazo del robot, la cámara Ensenso 3D es adecuada debido a su diseño compacto. La electrónica estéreo 45D del Ensenso N 3 está completamente desacoplada de la carcasa, lo que permite el uso de un compuesto de plástico liviano como material de la carcasa. El bajo peso facilita el uso en brazos robóticos como el Smart Robotic Assistant. La cámara también puede hacer frente a condiciones ambientales exigentes. “Los desafíos con esta aplicación se pueden encontrar principalmente en las diferentes condiciones de iluminación que son evidentes en diferentes habitaciones de la sala y en diferentes momentos del día”, describe Tim Böckel la situación. Incluso en condiciones de iluminación difíciles, el proyector integrado proyecta una
textura de alto contraste sobre el objeto que se va a fotografiar por medio de una máscara de patrón con un patrón de puntos aleatorios, complementando así las estructuras en superficies homogéneas sin rasgos distintivos. Esto significa que la cámara integrada cumple exactamente los requisitos.

“Al preconfigurar dentro NxView, la tarea se resolvió bien.” Este programa de ejemplo con código fuente demuestra las funciones principales de la biblioteca NxLib, que se puede utilizar para abrir una o más cámaras estéreo y a color cuyas imágenes y datos de profundidad se visualizan. Los parámetros como el tiempo de exposición, el binning, el AOI y el rango de medición de profundidad pueden, como en este caso, ajustarse en vivo para el método de coincidencia utilizado.

La proceso de emparejamiento faculta a la cámara Ensenso 3D para reconocer un altísimo número de píxeles, incluido su cambio de posición, mediante las estructuras auxiliares proyectadas sobre la superficie y crear a partir de ello información de profundidad completa y homogénea de la escena. Esto, a su vez, garantiza la precisión necesaria con la que procede el Smart Robot Assistant. Otros criterios de selección de la cámara fueron, entre otros, la interfaz de visión estándar Gigabit Ethernet y el sensor de obturador global de 1.3 MP. “La cámara solo toma un par de imágenes de todo el palet para lograr un tiempo de procesamiento más rápido, pero tiene que proporcionar las coordenadas desde una distancia relativamente grande con una precisión en el rango milimétrico para permitir que el brazo robótico agarre con precisión”, explica Matthias Hofmann, especialista en TI para el desarrollo de aplicaciones en ONTEC. "Por lo tanto, dos cuartas partes necesitamos la alta resolución de la cámara para poder grabar de forma segura los bordes de las bobinas con la cámara 2D". La localización de los bordes es importante para poder transmitir con la mayor precisión posible la posición desde el centro de la bobina hasta la pinza.

Además, la cámara está especialmente diseñada para su uso en condiciones ambientales adversas. Dispone de conector GPIO atornillable para disparador y flash y está protegido IP65/67 contra suciedad, polvo, salpicaduras de agua o agentes de limpieza.

Software

La SDK de Ensenso permite la calibración mano-ojo de la cámara al brazo del robot, lo que permite una fácil traducción o desplazamiento de las coordenadas usando la pose del robot. Además, mediante el uso de la configuración de la cámara interna, se graba una "FileCam" de la situación actual en cada paso, es decir, en cada disparo de imagen. Esto hace posible ajustar fácilmente cualquier caso límite más adelante, en esta aplicación, por ejemplo, condiciones de iluminación inesperadas, obstáculos en la imagen o también un posicionamiento inesperado de las bobinas en la imagen. El SDK de Ensenso también permite que los archivos LOG internos de la cámara se almacenen y archiven para una posible evaluación.

ONTEC también utiliza estas “FileCams” para verificar automáticamente los casos de prueba y así garantizar el correcto funcionamiento de todos los arreglos al realizar ajustes en el software de visión. Además, se pueden coordinar varios vehículos y minimizar los cuellos de botella logísticos sobre la base del sistema de control especialmente desarrollado por ONTEC. Se pueden navegar diferentes asistentes y actuar simultáneamente en un espacio muy reducido. Mediante el uso de la herramienta de interfaz industrial ONTEC SPSComm, incluso los robots industriales estándar pueden integrarse de forma segura en la aplicación general y los datos pueden intercambiarse entre los diferentes sistemas.

Outlook

Está previsto un mayor desarrollo del sistema, entre otras cosas, en términos de navegación del vehículo autónomo. “En cuanto a la navegación de vehículos para nuestro AGV, el uso de cámaras IDS es muy interesante. Actualmente estamos evaluando el uso de la nueva serie Ensenso S para permitir que el vehículo reaccione de manera aún más flexible a los obstáculos, por ejemplo, clasificarlos y posiblemente incluso conducir alrededor de ellos”, dice Tim Böckel, desarrollador de software de ONTEC, describiendo el próximo desarrollo. paso.

La propia configuración de la interfaz de ONTEC ya permite que el sistema se integre en una amplia variedad de aplicaciones de Industria 4.0, mientras que la estructura modular de la solución de robot de movimiento autónomo deja espacio para la adaptación a una amplia variedad de tareas. De esta manera, no solo sirve para aumentar la eficiencia y la flexibilidad en la producción y la logística, sino que en muchos lugares también contribuye literalmente a aliviar la carga de trabajo de los empleados.

Cliente

ONTEC Automation GmbH es un proveedor de sistemas para sistemas de automatización, plantas y máquinas especiales integradas e innovadoras para la producción industrial. Las unidades de negocio consisten en Soluciones Textiles Técnicas, Soluciones de Automatización, Soluciones Robóticas Inteligentes y Soluciones de Cuadro Eléctrico. La experiencia de la empresa con 25 años de experiencia se refleja en soluciones innovadoras y orientadas al cliente a lo largo de toda la cadena de valor e incluye robótica, procesamiento de imágenes industriales, desarrollo de software, ingeniería eléctrica y mecánica.

Autor

Silke von Gemmingen
IDS Imaging Development Systems GmbH
Calle Dimbacher 10 I 74182 Obersulm
Alemania

T: +49 (7134) 96196-0 ES DECIR: s.gemmingen@ids-imaging.de IW: www.ids-imaging.de

Créditos

Imágenes de la aplicación: © ONTEC Automation GmbH
Texto: © IDS Imaging Development Systems GmbH

Acerca de IDS Imaging Development Systems GmbH: El fabricante de cámaras industriales IDS Imaging Development Systems GmbH desarrolla cámaras USB, GigE y 3D de alto rendimiento y fáciles de usar con una amplia gama de sensores y variantes. La gama casi ilimitada de aplicaciones cubre múltiples sectores no industriales e industriales en el campo de la ingeniería de equipos, plantas e ingeniería mecánica. Además de las exitosas cámaras CMOS, la compañía amplía su cartera con cámaras inteligentes basadas en aplicaciones de visión. La novedosa plataforma de procesamiento de imágenes IDS NXT es libremente programable y extremadamente versátil.

Desde su fundación en 1997 como una empresa de dos personas, IDS se ha convertido en una empresa familiar independiente con certificación ISO con más de 300 empleados. La sede en Obersulm, Alemania, es tanto un sitio de desarrollo como de producción. Con sucursales en los EE. UU., Japón, Corea del Sur y el Reino Unido, así como otras oficinas, IDS tiene representación internacional.

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Fuente: Platón Data Intelligence: PlatoData.io